(57)【要約】【課題】良好な帯電防止性、遮光性を備える光学部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】  撮像装置１０に設置されるセクタ４３〜４５は、黒鉛又はカーボンブラックと、例えば径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍのカーボンナノチューブと、粘土鉱物等の結合材とを混練させ、成型した後、焼成によって結合材を除去することによって形成される。セクタ４３〜４５は、黒鉛又はカーボンブラック、カーボンナノチューブから形成されるため、良好な遮光性及び帯電防止性を備える。【選択図】図１
2007114701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンブラック及び黒鉛の少なくとも一方の炭素材と、カーボンナノチューブとを含む炭素質からなり、遮光性と導電性とを備えることを特徴とする光学部材。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブが、前記光学部材に対し０．１〜１５重量％の割合で混入されることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブが、径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材。
【請求項４】
光学部材を製造する方法であって、
カーボンブラック及び黒鉛の少なくとも一方の炭素材と、カーボンナノチューブと、結合材とを混練し、成型材を形成する混練工程と、
前記成型材を、予め光学部材の形状に対応して形成された金型内に注入し、前記金型内に充填する充填工程と、
前記成型材を硬化させ、成型する成型工程と、
前記成型工程で成型された前記成型材から前記結合材を焼成によって除去する焼成工程と、を備えることを特徴とする光学部材の製造方法。
【請求項５】
前記結合材として、粘度鉱物及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方が用いられることを特徴とする請求項４に記載の光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを用いた光学部材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置ではセクタ（シャッタ羽根）、レンズホルダ等の光学部材が利用されている。例えばセクタはレンズを含む光学ユニットと撮像素子を含む撮像ユニットとの間や、レンズの間に配置される。例えばセクタは、絞り羽根として機能するセクタと、シャッタ羽根として機能するセクタ等、複数枚が重なった状態で撮像装置内に設置され、セクタ駆動装置によって摺動する。
【０００３】
このような動作を行うセクタは、摺動動作の際に生ずる静電気によってセクタ同士が引き寄せられ、動作しなくなるという問題がある。従って、セクタには良好な帯電防止性が求められる。また、シャッタとして機能するため、撮像素子に光が届かないようにセクタには十分な遮光性が必要とされる。なお、帯電防止性、遮光性はセクタが設置されるセクタ基板、セクタ押さえ板等、撮像装置内に設けられた光学部材一般に必要とされる性質である。
【０００４】
このセクタは、従来、樹脂に導電粉体（フィラー）を混入し、成型することによって形成されていた。また、特許文献１では帯電防止性を付与するための導電粉体としてカーボンナノチューブを混入する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２３８８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたような樹脂にカーボンナノチューブ等の導電粉体を混入する構成を採る場合、所望の遮光性及び帯電防止性を備えるためには導電粉体の混入量を増加させる必要があり、樹脂の割合が減少し、成型が困難となる場合がある。
【０００６】
特に、近年の撮像装置の小型化に伴い、撮像装置を構成するセクタ等の光学部材も小型化、薄肉化、軽量化が求められている。しかし、樹脂にフィラーやカーボンナノチューブ等の導電粉体を混入する場合、成型するためには所定量以上の樹脂を混入しなければならず、光学部材を小型化、薄肉化、軽量化した際、十分な遮光性が得られないという問題がある。
【０００７】
また、セクタに帯電防止性を付与するためには、予め導電粉体を混入して成型する構成に限らず、セクタを形成した後で、セクタ表面に帯電防止性を付与する加工を施す方法もある。しかし、後工程で帯電防止性を付与する場合、工程数が増加し製造費が高くなる問題がある。
【０００８】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、良好な遮光性、帯電防止性を備える光学部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる光学部材は、
カーボンブラック及び黒鉛の少なくとも一方の炭素材と、カーボンナノチューブとを含む炭素質からなり、遮光性と導電性とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記カーボンナノチューブは前記光学部材に対し０．１〜１５重量％の割合で混入されてもよい。
【００１１】
前記カーボンナノチューブは、径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍであってもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る光学部材の製造方法は、
カーボンブラック及び黒鉛の少なくとも一方の炭素材と、カーボンナノチューブと、結合材とを混練し、成型材を形成する混練工程と、
前記成型材を、予め光学部材の形状に対応して形成された金型内に注入し、前記金型内に充填する充填工程と、
前記成型材を硬化させ、成型する成型工程と、
前記成型工程で成型された前記成型材から前記結合材を焼成によって除去する焼成工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記結合材として、粘度鉱物及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方が用いられてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カーボンブラック及び黒鉛の少なくとも一方の炭素材とカーボンナノチューブとを混練し、成型した上で焼成することによって良好な遮光性、帯電防止性を備える光学部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る光学部材について図を用いて説明する。本実施の形態では、光学部材として特にセクタ（シャッタ）を例に挙げて説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るセクタとこれが用いられた撮像装置１０を図に示す。図１は、撮像装置１０の断面図であり、図２は撮像装置１０の平面図である。
【００１７】
撮像装置１０は、図１及び図２に示すように撮像ユニット２０と、光学ユニット３０と、セクタ駆動ユニット４０とから構成される。撮像装置１０は撮像ユニット２０上に、光学ユニット３０、セクタ駆動ユニット４０が順に積層された構造であり、それぞれのユニットは上下で互いに一部が重なるように配置される。撮像装置１０は、電子機器の内部に設置され、例えば図３に示すように携帯電話の内部に設置される。
【００１８】
また、撮像装置１０では、撮像装置１０が搭載されるカメラ、携帯電話等の電子機器と接続するためのＦＰＣ（Flexible  Printed  Circuit）１８が、撮像基板２１に形成した配線パターン（図示せず）に接続されている。また、ＦＰＣ１８には電子機器側のメイン回路基板（マザーボード）等との接続を行うためのコネクタ１９が設けられている。
【００１９】
撮像ユニット２０は、図１に示すように、撮像基板２１と、撮像素子２２と、鏡筒２３と、光学フィルタ２４と、を備える。撮像素子２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサから構成され、撮像基板２１上の所定位置に設置される。鏡筒２３は、略円筒形状に形成され、撮像素子２２の外周を囲むようにして撮像基板２１上に固定されている。この鏡筒２３の下部分２３Ｌ内には光学フィルタ２４が配置されている。また、鏡筒２３の上部分２３Ｕは、後述するように光学ユニット３０及びセクタ駆動ユニット４０側の一部と係合している。光学フィルタ２４は、特定波長の光を減衰させる例えばＩＲフィルタ等から構成される。
【００２０】
光学ユニット３０は、レンズホルダ３１と、レンズ３２〜３４とから構成される。レンズ３２〜３４は、プラスチックレンズ、ガラスレンズ等から構成され、被写体の光学画像を集光する。レンズホルダ３１は、円筒状に形成され、上記鏡筒２３の上部分２３Ｕの内側に嵌合されてる。また、このレンズホルダ３１内に３個のレンズ３２、３３、３４が保持されている。レンズホルダ３１の上端（被写体側の端部）には、外周を段状に切り欠いた切欠部３１ａが形成されている。この切欠部３１ａに接するように、セクタ駆動ユニット４０のセクタ基板４１が設置される。
【００２１】
セクタ駆動ユニット４０は、セクタ基板４１と、セクタ押さえ板４２と、セクタ４３〜４５と、セクタ駆動用ＩＣ（Integrated Circuit）４６と、ステップモータ４７と、プリント基板４８と、半田４９と、から構成される。本撮像装置１０では、セクタ駆動ユニット４０は、光学ユニット３０よりも被写体側に設置される。具体的に、光学ユニット３０のレンズホルダ３１上にセクタ駆動ユニット４０のセクタ押さえ板４２が設置される。セクタ基板４１とセクタ押さえ板４２との間に生じるスペースＳＰ内にセクタ４３〜４５が配置される。なお、セクタ押さえ板４２は、セクタ基板４１の両端部に設けられた突起部１６、１７と支持部材１２、１３、１４、１５とによって支持される。支持部材１２、１３、１４、１５は、セクタ基板４１とセクタ押え板４２とに固定されると共に、セクタ押え板４２を貫通して光軸方向（被写体方向）に延伸している。これらの支持部材１２、１３、１４、１５は、図２に示すようにセクタ４３、４４、４５と接触しないように、セクタ４３〜４５の駆動範囲外に設けられている。
【００２２】
ステップモータ４７に対向する撮像基板２１上には空間的な余裕があり、このスペースにセクタ駆動用ＩＣ４６が配置される。また、セクタ基板４１の側部にはステップモータ４７の電極を撮像基板２１に接続するためのプリント基板４８が接合されている。このプリント基板４８はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の基材で形成した硬質のプリント板である。このプリント基板４８は半田４９により撮像基板２１と電気的に接続されると共に、撮像基板２１に対してほぼ直角に固定されている。
【００２３】
セクタ４３〜４５は、図１に示すようにセクタ基板４１とセクタ押え板４２とのセクタ配置スペースＳＰ内との間に設置される。また、セクタ４３〜４５は図４に示すように、羽根状に形成される。セクタ４３は小絞り穴４３ＨＬを備えた小絞り羽根である。セクタ４４は、セクタ４３、４５の衝突を防止するため間に配置されている。このためセクタ４４は、セクタ４３、４５の両方に常に接触するように設計されている。また、セクタ４４はシャッタ開口４１ＨＬの周辺に存在しても撮像時の障害とならぬ様に大径の開口４４ＨＬを有している。セクタ４５はシャッタ羽根であり、セクタ４５には軽量化のための開口４５ＨＬが形成されている。
【００２４】
また、各セクタ４３、４４、４５はセクタ基板４１に形成されている支軸（図示せず）に嵌合する軸受け穴４３ＲＬ、４４ＲＬ、４５ＲＬを有しており、支軸を中心に揺動する。各セクタ４３、４４、４５にはカム穴４３ＣＡ、４４ＣＡ、４５ＣＡが形成されており、このカム穴の全てにステップモータ４７に固定された作動ピン４７ＭＰが係合する。よって、ステップモータ４７の回転動作により作動ピン４７ＭＰが所定範囲を移動すると、それぞれカム穴の形状に基づいて各セクタ４３、４４、４５が所定軌跡を描いて揺動する。なお、セクタ押え板４２は、作動ピン４７ＭＰを受ける円弧状の開口４２ＡＬと、セクタ基板４１のシャッタ開口４１ＨＬに対応する位置に形成されている撮影用の開口４２ＨＬとを有している。
【００２５】
また、セクタ４３〜４５は、黒鉛又はカーボンブラックにカーボンナノチューブを混入した材料を成型することによって形成される。カーボンナノチューブは炭素から構成され、それぞれ中空の円筒形状を備える。本発明では、例えば径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍのカーボンナノチューブを用いる。カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブはそれぞれ導電性を備えるため、セクタ４３〜４５は、良好な帯電防止性を備える。従って、上述したようにそれぞれのセクタ４３〜４５は摺動するが、静電気によってセクタ同士が引き合うことがなく、良好な動作性を備える。
【００２６】
また、上述したようにセクタ４３〜４５は、それぞれ小絞り羽根、シャッタ羽根として機能するため良好な遮光性が必要とされる。ここで、カーボンナノチューブの添加量が増えると遮光性が低下する傾向にある。また、カーボンナノチューブの添加量が増えると粘度が増し、成型が困難となる傾向にある。従って、良好な遮光性及び成型性を備えるためカーボンナノチューブの混入量は０．１〜１５重量％程度に設定するのが好ましい。
【００２７】
また、カーボンナノチューブは、可視光域、赤外域での減光特性があり、特に赤外域にフラットな減光特性を示す。一般にＤＳＣ（Digital Still Camera）、携帯カメラでは撮像素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳが用いられている。ＣＣＤ、ＣＭＯＳは赤外光域での感度が高いため、光学部材を薄く形成した際には赤外域の遮光性が特に要求される。本実施の形態では、セクタ４３〜４５はカーボンナノチューブから形成されるため、赤外域で良好な遮光性を備え、撮像装置１０が小型化、薄肉化された際も良好な遮光性を備える。
【００２８】
また、本実施の形態のセクタ４３〜４５は、詳細に後述するように黒鉛又はカーボンブラックとカーボンナノチューブと結合材とを混練し、焼成によって形成するため、セクタ４３〜４５の表面にカーボンナノチューブが分散する。従って、セクタ４３〜４５の表面に凹凸が形成される。結果として、セクタ４３〜４５表面の反射を良好に防ぐことができる。
【００２９】
このように本実施の形態では、カーボンブラック又は黒鉛と、カーボンナノチューブとから光学部材であるセクタを形成することによって、カーボンブラック又は黒鉛とカーボンナノチューブが備える導電性により、良好な帯電防止性を備え、且つ良好な遮光性を備える光学部材を提供することができる。
特に本実施の形態では、カーボンナノチューブを用いることによって、光学部材が薄肉化された際でも、特に撮像素子として用いられるＣＣＤ、ＣＭＯＳの感度が高い赤外域をフラットに減光させることができるため、撮像装置が小型化され、光学部材が薄肉化された場合にも良好な遮光性を備える光学部材を提供することができる。
【００３０】
また、上述した実施の形態では、セクタ４３〜４５に軸受け穴４３ＲＬ、４４ＲＬ、４５ＲＬを形成し、これらの軸受け穴４３ＲＬ、４４ＲＬ、４５ＲＬに支軸（図示せず）を嵌合して支軸を中心に揺動する構成を例に挙げて説明したが、支軸をセクタと一体形成することも可能である。この場合、従来導電性を付与するために用いられていたフィラーでは、支軸部分に良好に分散させることが困難であり、支軸部分の耐久性が低くなっていた。しかし、本実施の形態では、カーボンナノチューブを用いるため、支軸部分にもカーボンナノチューブを分散させることができ、セクタの支軸部分はその軸受け部との摺動動作に耐え得る強度を備える。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態に係るセクタ４３〜４５の製造方法を説明する。
【００３２】
まず、黒鉛又はカーボンブラックの粉体と、例えば径が１０〜２５０ｎｍ、長さが０．１〜３０μｍのカーボンナノチューブと、結合材、例えばカオリナイト、ハロイサイト等の粘土鉱物、塩化ビニル、ポリビニルアルコール等の熱可塑性樹脂等を混練し、成型材を形成する。カーボンナノチューブの添加量が高くなると粘度も高くなるため、カーボンナノチューブを０．１〜１５重量％程度添加するとよい。なお、混練する際、カーボンナノチューブ等の分散性を向上させるため、水、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、アルコール類、ケトン類、エステル類等の可塑剤、溶剤を添加することも可能である。
【００３３】
次に、このセクタ材を射出用シリンダで、予めセクタ４３〜４５の形状に形成された金型内のキャビティを充填するように所定の圧力、温度で注入する。成型材は金型に設けられたスプル、ランナー及びゲートを通じてキャビティ内に、注入充填される。なお、金型は、成型材が焼成等の工程で収縮する程度を考慮して形成される。
【００３４】
次に、キャビティ内に成型材が充填された後、成型材を硬化させ、突出しピン等を用いて金型から外す。
【００３５】
続いて、所定形状に成型された成型材を仮焼成し、成型材に含まれる樹脂成分を揮発させ、除去する。次に、樹脂成分を飛ばした成型材を、本焼成する。具体的には例えば９００℃〜１０００℃の不活性ガス雰囲気中で焼成し、成型材内に含まれる粘度鉱物を除去する。
以上の工程からセクタが形成される。
【００３６】
本実施の形態の光学部材の製造方法によれば、カーボンブラック又は黒鉛とカーボンナノチューブを結合材等と混練し、成型した上で焼成することによって、帯電防止性を付与するための工程を省略することができ、容易に良好な遮光性、帯電防止性を備えるセクタを製造することができる。
【００３７】
また、本実施の形態ではセクタ４３〜４５に揺動用の支軸が一体形成されていないが、セクタ４３〜４５に揺動用の支軸を一体形成する場合、本実施の形態のようにカーボンナノチューブをセクタの成型材中に混練し焼成することによって、支軸部分にもカーボンナノチューブが分散するため、支軸部分が良好な強度を備える。従って、支軸を別工程でつける作業を省略することができ、更に優れた強度を備えるセクタを形成することができる。なお、本実施の形態の製造方法は成型性に優れるため、支軸に限らず、セクタがリブ、ネジ山のような微細構造を備える場合であっても、それぞれの強度を保ち、形成することが可能である。
【００３８】
また、本発明は上述したようにカーボンナノチューブをセクタの成型材中に均一に混練させた上で焼成するため、セクタ４３〜４５の表面にもカーボンナノチューブが存在し、このカーボンナノチューブによりセクタ４３〜４５の表面は両面とも凹凸状となる。従って、従来、セクタ表面での反射を防ぐ為必要とされていた粗面処理を省略することができる。
【００３９】
本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、光学部材として特にセクタを例に挙げて説明したが、良好な遮光性、帯電防止、弾性が必要とされるのはセクタに限られないため、例えば、レンズを保持するレンズホルダ、基板等、撮像装置を構成する様々な光学部材に応用することが可能である。例えば、図１に示す撮像装置１０のセクタ基板４１、セクタ押え板４２、レンズホルダ３１、鏡筒２３等に用いることも可能である。
【００４０】
また、上述した実施の形態では、カーボンブラック又は黒鉛を用いる場合を例に挙げて説明したが、両方を用いることも可能である。また、上述した実施の形態では、結合材として粘土鉱物、熱可塑性樹脂を例に挙げたが、熱硬化性樹脂等を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る撮像装置が電子機器に搭載された様子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るセクタ押え板及びセクタを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  撮像装置
１２，１３，１４，１５  支持部材
１６，１７  突起部
１８  ＦＰＣ
１９  コネクタ
２０  撮像ユニット
２１  撮像基板
２２  撮像素子
２３  鏡筒
２４  光学フィルタ
３０  光学ユニット
３１  レンズホルダ
３２，３３，３４  レンズ
４０  セクタ駆動ユニット
４１  セクタ基板
４２  セクタ押え板
４３，４４，４５  セクタ
４６  セクタ駆動用ＩＣ
４７  ステップモータ
４８  プリント基板
【図１】
2007114701.tif 000003
【図２】
2007114701.tif 000004
【図３】
2007114701.tif 000005
【図４】
2007114701.tif 000006